毕业设计（论文）：氯乙烯的合成.doc

1、吉林化工学院毕业设计（论文） 1 设计（论文）题目： 氯乙烯的合成 学 院： 吉林工业职业技术学院 专 业： 工业环保与安全技术 班 级： 学 生： 指导教师： 完成时间： 2012 年 05 月 15 日 吉林化工学院毕业设计（论文） 2 诚信声明 本人声明： 我 所呈交的本科毕业设计论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的 内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 申请学位论文与资料若有不实之

2、处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期： 年 月 吉林化工学院毕业设计（论文） 3 氯乙烯的合成 摘 要 聚氯乙烯是五大通用树脂之一，由于具有良好的性能，应用领域最宽，在全世界得到了广泛应用。我国是世界上 PVC生产和消 费发展最快的国家。我国 PVC生产多采用电石作为原料，与发达国家采用的石油乙烯路线相比，存在工艺技术落后、消耗高、污染严重的问题 。 聚氯乙烯笼统指的是具有重复单元 -CH2 CHCl-的氯乙烯均聚物和具有少量其 它 共聚单体（如乙酸乙烯酯、偏氯乙烯等）的共聚物。它是仅次于聚乙烯的第二大通用塑料，也是我国产量最大的塑料品种之一，应用十分广泛，所以其单体氯乙烯的生产 也

3、十分重要。本设计是关于乙炔电石法制 取 氯乙烯单体的工艺设计，它的年产量是 十二万 吨，通过此方法生产的氯乙烯单体的合格率为 99.9%。本设计主要包括关于设计的一 些物料衡算，能量衡算，设备的选型计算等内容。本次设计由于专业知识和其 它 学科间知识的衔接问题，只是对流程图进行了绘制。但是这次设计的创新和改进之处在于对于尾气回收处理方面：在对原有工艺进行深入研究的基础上，大胆对原工艺进行了简化，产生了新的工艺流程，实现了系统的循环连续运行，在环境保护方面也有了重大的突破。 关键词： 氯乙烯 ； 氯乙烯生产方法 ； 乙炔法 ； 能量控制 吉林化工学院毕业设计（论文） I 目 录 前 言 . 1

4、第一章 设计说明书 . 3 1.1 设计概况及方法 . 3 1.1.1 设计的生产规模 . 3 1.1.2 生产方法 . 3 1.2 物料和能量的合理利用 . 4 1.3 装置内三废治理和环境保护措施 . 5 1.4 原材料及产品的主要技术规格 . 5 1.5 生产流程确定 . 6 1.5.1 生产原理 . 6 1.5.2 工 艺特点 . 6 第 二章 设计计算书 . 10 2.1 设计依据 . 10 VCM 量的计算 . 10 2.2 物料衡算 . 10 2.2.1 混合器的物料衡算 . 10 2.2.2 石墨冷却器的物料衡算 . 13 2.2.3 转化器的物料衡算 . 13 2.2.4 泡

5、沫塔的物料衡算 . 15 2.2.5 水洗塔的物料衡算 . 16 2.2.6 碱洗塔的物料衡算 . 16 2.2.7 机前冷却器的物料衡算 . 17 2.2.8 机后冷却器的物料衡算 . 18 2.3 能量衡算 . 18 2.3.1 机前冷却器的热量衡算 . 19 2.3.2 机后冷却器的热量衡算 . 19 2.4 设备选型与设计计算 . 20 2.4.1 机前冷却器 . 20 2.4.2 机后冷却器 . 23 吉林化工学院毕业设计（论文） II 第三章 结 论 . 23 参考文献 . 24 附录 1 主要设备一览表 . 25 附录 2 原材料消耗定额一览表 . 26 附录 3 尾气处理及三废

6、排放 . 27 致 谢 . 29 吉林化工学院毕业设计（论文） 1 前 言 本次毕业设计任务是年产十 二 万吨聚氯乙烯氯乙烯合成工序工艺设计。氯乙烯在常态下是纯净无色的气体，微溶于水，易液化 1。在世界上氯乙烯是与乙烯和氢氧化钠并列的最重要的化工产品之一，主要用途是用来合成聚氯乙烯。聚氯乙烯是最古老的塑料品 种之一，其能大量生产，价廉易得，用途十分广泛。 目前，国内外生产氯乙烯 的 主要方法有：电石乙炔法、乙烯氧氯化法、乙烷氧氯化法、烯炔法 2。电石乙炔法由于电石价格大幅度提高，国外已基本淘汰，但其建厂投资和自动化要求较低，乙炔转化率高，技术成熟，流程简单，适于中、小规模得生产；乙炔氧氯化法对

7、技术和设备条件要求较高、投资大；乙烷氧氯化法尽管避免了处理氯化烃的麻烦，但其工艺中乙烷的单程转化率很低，而且产物分离困难；烯炔法投资大，工艺复杂，成本也较高。本次设计我们采用了电石乙炔法合成氯乙烯单体的工艺。 虽然聚氯乙烯是 仅次于聚乙烯的第二大通用塑料，但是在聚氯乙烯经历了高速迈进的成熟阶段，面临了世界多次的石油危机和经济萧条，严重冲击了建筑市场，造成对聚氯乙烯需求的下降，生产成本的提高 ,所以世界范围进行了技术革新，国外的聚氯乙烯生产工艺和设备投资的新工艺、新技术等各方面有了新的进展。例如 3： (1) 国产化大型 PVC 成套工艺技术在消化吸收国外先进技术的基础上已经形成独特的技术体系，

8、成套技术的优势是工艺成熟先进、采用 DCS 控制，自动化程度高，产能大、能耗低、产品质量稳定。 (2)实现清洁生产和循环经济： PVC 生产厂必须始终 注意环境保护和资源利用，按照 “节能降耗、减少排放、回收再利用、资源化 ”的原则，进行产业循 环 组合、资源循环利用和清洁文明生产。从源头上减少污染物的排放，保护环境，大力发展循环经济，走可持续发展道路。 (3)PVC 产品要精细化、要开发新产品：随着国内产能的迅速扩大，今后产品成本的降低、产品质量和品牌的竞争是未来的必然趋势。 PVC 的发展方向是产品精细化、专业化，通过调整反应体系及工艺条件开发出产品性能好、易于加工的 PVC 树脂和专用树

9、脂。虽然今后数年内国内聚氯乙烯的需求依然旺盛，但据业内人士分析 4，我国聚氯乙 烯产业面临的压力正日趋增大，政府需尽快出台措吉林化工学院毕业设计（论文） 2 施加强行业整合力度，淘汰规模小、工艺落后、质量差、牌号少的企业，扶持规模大、前景好的企业，引进、推广先进技术，推动产业升级换代。 到 2010 年 5，全球 PVC 树脂和 VCM 的生产量要达到 4000 万吨，以满足行业需求增长的需要。大部分新的生产能力将建在亚洲，以减少该地区对于进口的依赖。一些新的生产能力也可能建在中东，因为该地区具有充足的低成本燃料和原料。 目前我国聚氯乙烯消费分两大部分：软制品和硬制品。软制品主要包括电线电缆、

10、各种用途的膜 (根据厚度不同可分为压延膜、 防水卷材、可折叠门等 )、铺地材料、织物涂层、人造革、各类软管、手套、玩具、塑料鞋以及一些专用涂料和密封剂等。硬制品主要包括门窗、各种型材和管材、硬片、瓶罐等。 本次设计完成了生产工艺流程的设计。并进行了物料衡算、能量衡算、设备选型计算，绘制了氯乙烯生产工段的净化压缩工艺流程图。 吉林化工学院毕业设计（论文） 3 第一章 设计说明书 1.1 设计概况及 方法 1.1.1 设计的生产规模 年产十 二 万吨聚氯乙烯车间。本设计承担氯乙烯单体 压缩 工 序 工艺设计 。 1.1.2 生产方法 工业上合成氯乙烯的方法有 (1) 乙炔法； (2) 烯炔法； (

11、3) 乙烯 氧 氯化法； (4) 乙烷 氧 氯化法。 (1) 乙炔法 即采用乙炔和氯化氢在催化剂作用下生产氯乙烯的方法。有液相法和气相法两种。液相法不需要高温，但乙炔转化率低，产品分离困难，因此多采用气相法。化学反应式为： C H C H + H C l 2C H = C H C l2H gC l 此法以 HgCl2 做触媒，活性炭作载体，在列管式固定床转化器内进行。乙炔转化率很高，产品纯度高，所需设备不很复杂，工艺流程比较简单，生产技术成熟，因此很适合中、小规模生产，缺点是 HgCl2 有毒、价格昂贵、成本高。 (2) 烯炔法 即以乙烯、乙炔同时进料联合生 产，有联合法和混合气化法，其反应基

12、础为： CH2 CH2 + Cl2 C2H4Cl2 裂解 C2H3Cl + HCl （ 1-1） CHCH + HCl C2H3Cl （ 1-2） a)联合法 石油经裂解得到乙烯，经氯化后生成 1， 1二氯乙烷（ EDC），再在加压条件下裂解脱去 HCl，即得氯乙烯（ VCM），副产物与乙炔反应又可得到氯乙烯 。此法避免了乙炔法中处理副产物的麻烦，而且节约了一半 的 电石，但这种反应复杂，需要设备很多，不能摆脱电石的使用， 也 不能 向 电石原料转变。 b)混合气化法 此法是对联合 法的重要改进，以石脑油和氯气为原料，得到氯乙烯产品。生产流程 为： 石脑油裂解 热裂解 等摩尔的 C2H3Cl

13、和 C2H4 合成 C2H4 和 VCM HCl C2H4 + Cl2 合成 EDC 该方法中乙烯和乙炔不需分离，没有副产物，但工艺流程很复杂，一次性投吉林化工学院毕业设计（论文） 4 资费用很大。 (3) 乙炔氧氯化法 在触媒存在下，将氯化氢的氯化和烃的氯化一步进行的方法。此法以乙烯为原料，经氧氯化生成二氯乙烷（ EDC），然后裂解生成氯乙烯，反应方程式如下： 2C2H4 + Cl2 CH2 CHCl + 2HCl （ 1-3） 该反应需在触媒存在下进行，实际使用的触媒以二价铜盐（ CuCl2、 CuSO4）为主剂，以碱金属盐 类（ NaCl、 KCl、 MgCl2、 NaHSO4、 Na2

14、SO4）等作助剂，此外还要加入稀士金属盐类做第三成份构成复合触媒，这种方法对技术和设备条件要求较高，投资大。 (4) 乙烷氧氯化法 采用特制的熔盐为触媒，使石油裂解气中的乙烷在反应器中进行氧氯化和裂解反应，从而制得氯乙烯。这是一条新的工艺路线，有液相法和气相法，其中液相法比较成熟，其反应为： C2H6 + HCl + O2 KCl CuCl2 CuCl2 C2H3Cl + 2H2O (1-4) 2C2H6 + 2HCl + O2 2C2H3Cl + 2H2O (1-5) C2H6 + 2HCl + O2 C2H4Cl2 +H2O (1-6) 这种方法可以省去裂解乙烯的步骤，可直接采用粗氯化烃类

15、作氯源，避免了处理氯化烃的麻烦。但该工艺中乙烷的单程转化率很低，仅为 28%左右，而且产物复杂，分离起来也很困难。 综上所述，乙炔法的建厂投资最低，自动化要求低，乙炔转化率较高，技术成熟，流程简单， 适合中、小规模生产。按照设计任务书要求，本次设计我们采用了电石乙炔合成工艺。 1.2 物料和能量的合理利用 在氯乙烯的生产过程中的能源管理，首先在配备好各种水、电、气、计量仪表的条件下，搞好能源调查和能量衡算，测算每吨氯乙烯产品的水、电、气等单项能耗以及综合能耗。对于冷却用的工业水，要尽量重复使用，并加强循环回收，反应器移热用的热水循环回热水罐，用于预热器加热和为再沸器提供热量。混合脱水和泡沫塔排

16、出的浓度较大的盐酸，经回收后出售或运送至其他车间。高沸塔釜出料经定期闪蒸后的参液回收处理后出售。 C 2 H 4 + 4 H Cl + O 2 C 2 H 4 Cl 2 C u C l 2 吉林化工学院毕业设计（论文） 5 1.3 装置内三 废治理和环境保护措 施 氯乙烯生产中主要污染物有氯乙烯气体、高沸物残液、氯化高汞以及废酸和废碱等。生产环境保护的核心是最大程度的减少或消除这些污染物在生产中的流失，要尽量做到回收利用。氯乙烯气体在排放前经过彻底的尾气吸附，用活性炭加以回收利用，废气排放于高空，高废残液排入残液储槽定期回收。氯化高汞的脱除采用活性炭除汞器。废酸、废碱大量的回收后重新利用，剩余

17、极少量的废酸、废碱经处理后，排放于排污口。 1.4 原材料及产品的主要技术规格 原材料及产品的主要技术规格如下表所示： 表 1-1 原材料技术规格 7 序 号 名 称 规 格 分析方法 国家标准 备注 1 乙炔气 （ 干基） C2H2 99% 化 学法 N2 0.97% CO2 0.03% 2 氯化氢 （ 干基） HCl 90% 化学法 H2 8% CO2 1.6% O2 0.4% 表 1-2 产品技术规格表 8 序号 名 称 规格 分析方法 国家标准 备注 1 PVC VCM 99.99% 色谱法 EDC 0.01% C2H2 0.001% 表 1-3 氯化汞触媒的规格表 9 指标名称 规格